Στόχος της παρούσας εργασίας είναι η πειραματική προσομοίωση της τοπολογίας μαγνητικού πεδίου που ανταποκρίνεται σε πραγματική μετρητική διάταξη του Εργαστηρίου Ηλεκτρονικών Αισθητηρίων του ΕΜΠ. Η κατανόηση της τοπολογίας, της συμπεριφοράς αλλά και η ποσοτική αποτύπωση της έντασης του πεδίου μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την επιλογή των συνθηκών που κυριαρχούν στο σύστημα. Βάσει αυτών των συνθηκών, αποσκοπείται η εύρεση της βέλτιστης θέσης για την τοποθέτηση κατάλληλων αισθητήρων τύπου Hall, ώστε η πραγματική διάταξη να είναι σε θέση να λειτουργεί απρόσκοπτα και να μετρά την μαγνητική επιδεκτικότητα σε εξεταζόμενα δοκίμια μαλακών μαγνητικών χαλύβων, με απώτερο σκοπό, το μη καταστροφικό έλεγχο / χαρακτηρισμό αυτών. Οι αισθητήρες αυτοί, παράγουν μια τάση εξόδου η οποία χρησιμοποιείται στον υπολογισμό της έντασης του πεδίου, όπως αυτή προκύπτει από την επιρροή της μαγνητικής διαπερατότητας του υπό εξέταση δοκιμίου. Αρχικά, γίνεται μια προσομοίωση στο προγραμματιστικό περιβάλλον του πακέτου ANSYS 14.0 της διάταξης αυτής καθαυτής για την κατανόηση των βασικών φαινομένων. Στη συνέχεια, εξετάζεται η επίδραση της κατακόρυφης μετατόπισης της διάταξης σε σχέση με το προς μελέτη υλικό (lift off). Δηλαδή, επιλέγονται διακριτές αποστάσεις και σε κάθε μία από αυτές προσομοιώνεται το σύστημα, υπό σταθερές κατά τα άλλα συνθήκες. Αυτή η σύγκριση με βάση την ένταση του πεδίου, όπως αυτή μετριέται κατά τις προσομοιώσεις, είναι το πρώτο βήμα στην επιλογή της απόστασης που θα υπάρχει μεταξύ της διάταξης και των εξεταζόμενων δοκιμίων, η οποία απόσταση θα είναι σταθερή. Επίσης κατά αυτόν τον τρόπο, γίνεται αντιληπτή η ικανότητα διείσδυσης του πεδίου, από τη διάταξη, εντός του υλικού που εξετάζεται. Παράλληλα, η μέτρηση του πεδίου και η σύγκριση των τιμών του, γίνεται και για τον οριζόντιο άξονα ανάμεσα στη διάταξη και το δοκίμιο. Πιο συγκεκριμένα, με γραμμικές τοπικές μετρήσεις της έντασης του πεδίου, σαρώνεται η περιοχή ενδιάμεσα στη διάταξη και το προς μελέτη υλικό. Κατά αυτόν το τρόπο, αναλύεται εκτενώς το σύστημα σε δύο διαστάσεις, με σκοπό τον ακριβή υπολογισμό για την επιλογή της θέσης των αισθητήρων Hall. Οι προσομοιώσεις που έγιναν, καταλήγουν σε μία σειρά συμπερασμάτων αναφορικά με την επιλεχθείσα διάταξη και τις συνθήκες που επηρεάζουν τη λειτουργία της. Επίσης, γίνεται η σύγκριση και ανάλυση αποτελεσμάτων για την επιλογή της θέσης των αισθητήρων Hall και προτείνεται μελλοντική έρευνα.
(EL)
Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο--Μεταπτυχιακή Εργασία. Διεπιστημονικό-Διατμηματικό Πρόγραμμα Μεταπτυχιακών Σπουδών (Δ.Π.Μ.Σ.) “Συστήματα Αυτοματισμού”
(EL)
3
Abstract
The purpose of this diploma thesis is the simulation of a magnetic measurement
device,
which
was developed in the
L
aboratory of
Electronic Sensors of the NTUA
. The simulation
concerns the topology and distribution of the magnetic field in order to measure the
magnetic susceptibility of low carbon magnetic steel alloys, which is relat
ed to the material’s
magnetic permeability. The ulterior aim is to use the simulated device for the investigation
and characterization of steel alloys efficiently in a non
-
destructive way. The comprehension
of the critical
conditions, which
determine the d
evice’s operation, will determine the choice
of the positioning for a set of Hall
Effect
sensors. These sensors are used to produce a
feedback signal (voltage) in order to calculate the magnetic field’s intensity, which is
affected
by the studied specimen’
s magnetic permeability.
Therefore
, at first, there is a
simulation with ANSYS 14.0 about the device and the system in general, to help
to
understand the basic phenomena. Secondly, the simulation is focused in the influence of
the vertical displacement of
the device from
the under study material (lift
off effect).
Therefore, at the beginning, t
here are distinct steps of lift
off
displacement that
are
simulated with all the remaining conditions intact and stable. This is the first step in the
determination o
f the Hall sensors
’
positions.
In addition
, in this way, the penetration of the
field in the studied material can be perceived and measured. Complementary, there is
simulation and measurement of the magnetic field’s intensity in the horizontal axis, betwee
n
the device and the under study specimen. Specifically, with linear spot measurements of
the field’s intensity, the area between the device and the specimen is scanned horizontally.
Consequently, the system
is
simulated and analyzed in two basic axes in o
rder to determine
the exact positioning of the Hall sensors. All those simulations and
measurements
conclude
in really interesting results about the chosen device and its key performance / operation
conditions.
In addition,
there is comparative analysis an
d calculation regarding the Hall
sensors’ positioning and future research proposals
(EN)
Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο
